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王志轩:煤电“近零排放”不科学 应快速降温

    近一年多来,燃煤电厂大气污染物“近零排放”已成为能源、电力、环境、科技甚至社会上的热点话题。部分电力企业争先恐后为自己企业的机组“首先”、“率先”、“第一个”、“首台”实现了“近零排放”、“比燃机排放还低”(本文的“燃机”特指“以气体为燃料的燃气轮机组”,因为它比以液体为燃料的燃气轮机组环保要求高)、“超洁净排放”等报喜。某些新建电厂已按“近零排放”进行建设,为数不少的现役燃煤机组已列入“近零排放”改造计划,科研管理部门抓紧攻关、环保产业界紧紧跟进、媒体持续跟踪、专家学者纷纷解读、宏观经济调控部门也正在研究是否把“近零排放”纳入到宏观决策之中……
 
  一时间,“近零排放”建设或者改造之风,正由浙江、广东、江苏、山东、山西、陕西、四川等省市向全国漫延。然而,不论“近零排放”之声多么美妙,伴随着“近零排放”推进过程中的困惑也越来越多,那就让我们试着拨开这些团团迷雾。
 
  对“近零排放”概念存在的若干糊涂认识
 
  (1)“近零排放”的概念不清,一般是以“燃机排放标准”作为判据,对排放标准的表面化错误理解造成荒谬的结果
 
  国内外并没有公认的燃煤电厂大气污染物“近零排放”的定义,实际应用中多种表述共存,如“近零排放”、“趋零排放”、“超低排放”、“超净排放”、“超洁净排放”、“低于燃机排放标准排放”等等。从各种表述和案例中分析得出的共同特点,是把燃煤电厂排放的烟尘、二氧化硫和氮氧化物三项大气污染物(未包含二氧化碳等)与《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)(以下简称“排放标准”)中规定的燃机要执行“大气污染物特别排放限值”(以下简称“特别排放限值”)相比较,将达到或者低于燃机排放限值的情况称为燃煤机组的“近零排放”。
 
  在“标准”中,根据燃煤机组是“新建锅炉”还是“现有锅炉”、是否为W火焰炉、循环流化床锅炉、是否位于高硫煤省份(广西壮族自治区、四川、重庆、贵州)的不同情况,以及是否位于国务院环境保护行政主管部门划定的执行“特别排放限值”的地区,提出不同档次的大气污染物排放限值。如,烟尘排放限值为30、20、5mg/m3,二氧化硫排放限值分为400、200、100、50、35 mg/m3,氮氧化物(以二氧化氮计)分为200、100、50 mg/m3。“近零排放”就是要使燃煤电厂排放的污染物,在“表面上”达到或低于最严档的燃机特别排放限值的要求,即烟尘5 mg/m3、二氧化硫35 mg/m3、氮氧化物50mg/m3。然而,从以下的分析中可以看出这也只是表面化的严格。
 
  我国火电厂大气污染物的排放限值是采用“浓度”来表示的,因此,“达标排放”是指烟气中的污染物浓度不超过标准规定的浓度限值。由于污染物的“浓度”是由污染物的质量和烟气体积两个因素构成,烟气中的氧含量越高,说明燃烧过程中过剩空气越多,污染物浓度就越低。为防止用空气稀释浓度达标的现象,“排放标准”规定了用“基准含氧量”折算的方法。“基准含氧量”是根据典型的燃料和典型的燃烧技术来规定的,规定燃煤锅炉为6%、燃气轮机为15%。
 
  经粗略换算,可以理解为在典型情况下,燃煤锅炉燃烧所用的实际空气量是理论空气量的1.4倍(也即空气过剩系数α=1.4),而燃气轮机所用的实际空气是理论空气的3.5倍(α=3.5)。虽然在实际工作中不论燃煤还是燃机,往往都是非典型情况,所以都必须要以各自的“基准含氧量”进行折算,但由于“基准”本身就不同,折算后的污染物浓度也是不可直接相比的。如果将燃机和燃煤的排放限制按相同“基准含氧量”折算的话,燃机排放限值的数值是原来值的2.5倍,即烟尘、二氧化硫、氮氧化物的排放限值分别由5、35、50 mg/m3,变为12.5 mg/m3、87.5 mg/m3、125 mg/m3。换句话说,除了燃机的烟尘的排放限值稍低于燃煤烟气的特别排放限值外,二氧化硫、氮氧化物反而更宽松,将三项污染物合起来计算,燃机比燃煤排放限值要宽松32.4%。这就是“表面”上看起来更严的燃机排放限值实则不然的原因。
 
  再从排放总量看,经测算,典型300MW燃煤锅炉(标态烟气量100万m3/h,空气过剩系数α=1.3),烟尘、二氧化硫、氮氧化物分别按5、35、50 mg/m3排放时,每小时排放量分别大约为5.4、37.8、54 千克;而300MW级燃机(标态烟气量185万m3/h,空气过剩系数α=3.5),依排放限值要求每小时可以排放9.25、64.25、92.5千克,可见,每小时燃机排放总量是燃煤排放的1.7倍。显然,这样的“近零排放”的要求是荒谬的。
 
  还有,燃机的烟囱一般在80米且不会超过百米,而煤电机组的烟囱一般为180、210、240米,同等排放量由于烟羽抬升高度和扩散条件的不同,燃煤机组对环境质量的影响要远低于燃机。
 
  但是,燃机排放限值宽于燃煤排放限值,并不能说明燃机排放标准比燃煤机组排放标准要宽,因为“限值”只是数字大小的比较,而“标准”是“价值”内涵的比较。对火电厂污染控制而言,排放标准的宽严只能用同类发电技术和相匹配的污染控制技术是否达到了最佳技术、经济条件来衡量。这也是“排放标准”为何要划分不同档次的原因。同世界各国一样,我国《环境保护法》、《大气污染防治法》都明确规定,污染物排放标准是依据环境质量标准和国家的技术、经济条件制定的。美国、欧盟等制定火电厂大气污染物排放标准所依据的技术原则为“最佳可行技术”(BAT)。因此,不论是燃机还是燃煤机组,科学合理的大气污染物排放限值与最佳可行技术是相一致的,而且排放限值的大小也是随着技术、经济条件的变化而变化的。如,我国从1973年《工业“三废”排放试行标准》对火电厂大气污染物排放有要求以来,1991年、1996年、2003年、2011年已经多次修订。由于不同地区对环境质量的要求不同,技术、经济条件也有所不同,我国法律规定了地方政府可以制定严于国家排放标准要求的地方排放标准,况且2011的“排放标准”中提出了重点地区执行特别排放限值的新规定。
 
  燃气用于民用的环保性能和便捷性要远远优于直接燃煤,而煤炭集中发电的优越性大大优于散烧煤。所以,不同品种的能源应当担当不同的功能,采用不同的排放标准,如果硬要把燃机排放标准当成燃煤电厂的“近零排放”来衡量,就是要驴当战马、马拉磨。
 
  (2)烟气连续监测技术难以支撑“近零排放”监测数据的准确性,用日平均浓度或者多日平均浓度的监测数据与排放限值直接比较是概念性错误,运行时间不足也难以证明“近零排放”系统的稳定性
 
  根据环保部颁布的《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》(HJ/T75-2007) 中“7.4参比方法验收技术指标要求”规定:烟尘浓度小于50mg/m3时,绝对误差不超过15 mg/m3;二氧化硫浓度等于或低于57mg/m3时,绝对误差不超过17mg/m3;氮氧化物小于或等于41mg/m3时,绝对误差不超过12mg/m3。再根据环保部《固定污染源废气 二氧化硫的测定 非分散红外吸收法》(HJ629-2011)、《固定污染源废气 氮氧化物的测定 非分散红外吸收法》(HJ692-2014)、《固定污染源废气 氮氧化物的测定 定电位电解法》(HJ693-2014),二氧化硫的测定下限10mg/m3;一氧化氮(以NO2计)和二氧化氮的测定下限12mg/m3。一些试点项目的监测值低于测定下限甚至低于检出限,结果的可靠性值得怀疑。而这只是测定方法误差而不是自动监测系统的全部误差。如果考虑到监测仪器装设断面和监测点选取的误差,尤其是对于老厂改造由于客观条件的限制,监测断面选取很难做到按技术规范的要求,考虑烟气中含湿量(水分)、温度、含氧量等因素,尤其是湿度的影响对监测精度也会产生较大影响,监测系统的总误差要大大高于分析测定方法的误差。

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